JP6567780B1 - Power converter - Google Patents
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Abstract
実施形態の電力変換装置は、互いに直列に接続された複数のセルを持つ。それぞれのセルは、コンデンサと、半導体スイッチと、第1の給電回路と、放電回路と、放電回路駆動部と、第2の給電回路と、を持つ。半導体スイッチは、前記コンデンサの充放電を制御するためのスイッチング動作を行う。第1の給電回路は、前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記半導体スイッチを駆動させるための電力を前記半導体スイッチに供給する。放電回路は、前記コンデンサを放電させる。放電回路駆動部は、放電回路を駆動する。第2の給電回路は、前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記放電回路駆動部を駆動させる電力を供給する。前記第2の給電回路が動作可能な下限電圧は、前記第1の給電回路が動作可能な下限電圧よりも低い。The power converter of an embodiment has a plurality of cells connected in series with each other. Each cell includes a capacitor, a semiconductor switch, a first power supply circuit, a discharge circuit, a discharge circuit driving unit, and a second power supply circuit. The semiconductor switch performs a switching operation for controlling charging and discharging of the capacitor. The first power supply circuit supplies power for driving the semiconductor switch to the semiconductor switch using the power stored in the capacitor. The discharge circuit discharges the capacitor. The discharge circuit driving unit drives the discharge circuit. The second power supply circuit supplies power for driving the discharge circuit drive unit using the power stored in the capacitor. The lower limit voltage at which the second power supply circuit can operate is lower than the lower limit voltage at which the first power supply circuit can operate.
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power conversion apparatus.
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自己消弧型のスイッチング素子と、エネルギー蓄積要素であるコンデンサを備える単位変換器であるセルを、直列に複数接続することによりスイッチング素子の耐圧以上の電圧を出力する自励式電力変換器が知られている。この種の電力変換器は、MMC(Modular Multilevel Converter)などと称されている。 Outputs a voltage that exceeds the breakdown voltage of the switching element by connecting multiple cells in series, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and self-extinguishing switching elements, and unit converters with capacitors that are energy storage elements. Self-excited power converters are known. This type of power converter is called MMC (Modular Multilevel Converter) or the like.
ここで、メンテナンスや事故後の点検などで作業者が電力変換器に接近するときに、安全のためにコンデンサに充電された電荷を放電させる必要がある。セルのコンデンサを電源とするスイッチング素子駆動用電力の給電回路は、スイッチング停止時にも常時電力を消費する。また、コンデンサに充電された電力が消費され、コンデンサが出力する電圧が、給電回路の動作電圧よりも低下した場合に給電回路が停止し、セルのコンデンサに充電された電荷を放電することができなくなる。このため、コンデンサの自己放電を待つのに長時間を要し、迅速に作業を行うことが困難である場合がある。 Here, when an operator approaches the power converter for maintenance or inspection after an accident, it is necessary to discharge the electric charge charged in the capacitor for safety. The power supply circuit for driving the switching element using the cell capacitor as a power source always consumes power even when switching is stopped. In addition, when the power charged in the capacitor is consumed and the voltage output by the capacitor drops below the operating voltage of the power supply circuit, the power supply circuit stops and the charge charged in the cell capacitor can be discharged. Disappear. For this reason, it takes a long time to wait for the self-discharge of the capacitor, and it may be difficult to work quickly.
本発明が解決しようとする課題は、セルが備えるコンデンサに蓄えられた電荷を放電する時間を短縮することができる電力変換装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device capable of shortening the time for discharging the electric charge stored in the capacitor included in the cell.
実施形態の電力変換装置は、互いに直列に接続された複数のセルを持つ。それぞれのセルは、コンデンサと、半導体スイッチと、第1の給電回路と、放電回路と、放電回路駆動部と、第2の給電回路と、を持つ。半導体スイッチは、前記コンデンサの充放電を制御するためのスイッチング動作を行う。第1の給電回路は、前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記半導体スイッチを駆動させるための電力を前記半導体スイッチに供給する。放電回路は、前記コンデンサを放電させる。放電回路駆動部は、放電回路を駆動する。第2の給電回路は、前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記放電回路駆動部を駆動させる電力を供給する。前記第2の給電回路が動作可能な下限電圧は、前記第1の給電回路が動作可能な下限電圧よりも低い。 The power converter of an embodiment has a plurality of cells connected in series with each other. Each cell includes a capacitor, a semiconductor switch, a first power supply circuit, a discharge circuit, a discharge circuit driving unit, and a second power supply circuit. The semiconductor switch performs a switching operation for controlling charging and discharging of the capacitor. The first power supply circuit supplies power for driving the semiconductor switch to the semiconductor switch using the power stored in the capacitor. The discharge circuit discharges the capacitor. The discharge circuit driving unit drives the discharge circuit. The second power supply circuit supplies power for driving the discharge circuit drive unit using the power stored in the capacitor. The lower limit voltage at which the second power supply circuit can operate is lower than the lower limit voltage at which the first power supply circuit can operate.
以下、実施形態の電力変換装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。 Hereinafter, the power converter of an embodiment is explained with reference to drawings. In the following description, the same reference numerals are given to configurations having the same or similar functions. And the description which overlaps those structures may be abbreviate | omitted.
(第1の実施形態)
図1を参照して、第1の実施形態の電力変換装置について説明する。図1は、電力変換装置10の全体構成を示す構成図である。(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the power converter device of 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of the
電力変換装置10は、中央制御部11と、複数の正側アーム12と、複数の負側アーム13と、トランスTRと、複数のバッファリアクトルLを備える。電力変換装置10は、例えばMMCである。電力変換装置10は、トランスTRを介して電力変換装置10に供給される交流電力を、直流電力に変換し、電力変換装置10に供給される直流電力を、トランスTRを介して交流電力に変換する。以下の説明では、電力変換装置10は、トランスTRを介して電力変換装置10に供給される交流電力を直流電力に変換する場合について説明する。
The
中央制御部11は、正側アーム12と負側アーム13とが備える複数のセルを、それぞれ制御する。中央制御部11と、正側アーム12と負側アーム13とが備える複数のセルとの間は、例えば、デイジーチェーン型の通信ネットワークによって接続されている。
The
[電力変換装置10の全体構成]
図1に示すように、
トランスTRには、交流電力源から三相の交流電力が供給される。トランスTRは、二次巻線と一次巻線との組を三相分備える。三相とは、例えば、交流のR相、交流のS相、及び交流のT相である。トランスTRの二次巻線側には、交流のR相の交流電力と、交流のS相の交流電力と、交流のT相の交流電力とが、それぞれ供給される。なお、以下の説明、および図面では、R相についての構成要素には「R」の符号、S相については、「S」の符号、T相については、「T」の符号を付す。[Overall Configuration of Power Conversion Device 10]
As shown in FIG.
Three-phase AC power is supplied from the AC power source to the transformer TR. The transformer TR includes a set of secondary windings and primary windings for three phases. The three phases are, for example, an alternating R phase, an alternating S phase, and an alternating T phase. The secondary winding side of the transformer TR is supplied with AC R-phase AC power, AC S-phase AC power, and AC T-phase AC power. In the following description and drawings, components for the R phase are denoted by “R”, “S” for the S phase, and “T” for the T phase.
正側アーム12では、複数のセル100が直列に接続される。また、負側アーム13では、複数のセル100が、直列に接続される。正側アーム12には、正側アーム12Rと、正側アーム12Sと、正側アーム12Tとが含まれる。また、負側アーム13には、負側アーム13Rと、負側アーム13Sと、負側アーム13Tとが含まれる。
In the
正側アーム12及び負側アーム13に含まれる各アームは、それぞれセル100をN個(N≧2)直列に接続して構成されており、セル100を単位変換器として、階段状の交流電圧等、任意の電圧を出力する。階段状の交流電圧の出力は、各セル100が備えるスイッチング素子(不図示)のスイッチング動作のタイミングをずらすことにより行う。セル100の構成の詳細については、後述する。
Each arm included in the
複数のバッファリアクトルL(図示するバッファリアクトルL1〜L6)は、正側アーム12と、バッファリアクトルLと、負側アーム13と、を単相とする三相の相間を相互に流れる短絡電流を抑制する。
A plurality of buffer reactors L (buffer reactors L1 to L6 shown in the figure) suppress short-circuit currents that flow between three phases having the
正側アーム12及び負側アーム13の各アームでは、各セル100の電圧が加算されて出力電圧が決定される。正側アーム12の出力電圧は、中性点を基準にすると正の(直流)電圧になる。正側アーム12によって生成された正の(直流)電圧は、端子TCPに出力される。負側アーム13の出力電圧は、中性点を基準にすると負の(直流)電圧になる。負側アーム13によって生成された負の(直流)電圧は、端子TCMに出力される。これにより、電力変換装置10は、端子TCPと、端子TCMとの間から直流電力を出力する。
In each of the
図2は、セル100の構成を示す図である。セル100は、例えば、ハーフブリッジ型のチョッパセルである。具体的には、セル100は、例えば、セル制御部101と、放電回路102と、第1の給電回路103と、電圧検出部104と、スイッチング素子駆動部106と、スイッチング素子107aと、スイッチング素子107bと、コンデンサ105と、第2の給電回路108と、放電回路駆動部109とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
中央制御部11は、セル制御部101に制御信号を出力する。制御信号には、セル100の電力変換動作を停止させるための変換器停止指令ESが含まれる。セル制御部101は、中央制御部11から制御信号を取得する。
The
セル制御部101は、第2の給電回路108に放電回路動作指令RSを出力する。放電回路動作指令RSとは、放電回路102にコンデンサ105の電力を放電することを示す指令である。また、セル制御部101は、スイッチング素子駆動部106が備えるスイッチング素子107a及びスイッチング素子107bのスイッチングのタイミングを制御するためのタイミング制御信号CSを、スイッチング素子駆動部106に出力する。
The
スイッチング素子駆動部106は、セル制御部101からタイミング制御信号CSを取得する。スイッチング素子駆動部106は、セル制御部101から取得したタイミング制御信号CSに基づいて、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bを駆動させる。
The switching
図2に示される通り、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bは、コンデンサ105を電圧源とし、スイッチング素子駆動部106によってオンオフ動作されることにより、所望の直流電圧を出力する。
As shown in FIG. 2, the switching
コンデンサ105は、互いに直列接続されたスイッチング素子107a及び107bに対して、並列に接続される。スイッチング素子107a、107bとしては、GTO、IGBT、IEGTなどの自己消弧型素子を用いることができる。スイッチング素子107a、107bには、帰還ダイオード12a、12bが逆並列に接続されている。セル100は、スイッチング素子107aがオンにされており、スイッチング素子107bがオフにされている場合にコンデンサ105に蓄えられた直流電圧を出力し、スイッチング素子107aがオフにされており、スイッチング素子107bがオンにされている場合にゼロ電圧となる。
ここで、スイッチング素子107aと、スイッチング素子107bとの接続点と同電位となる部位を、端子CPと記載する。また、スイッチング素子107bのエミッタ端子及びコンデンサ105の負極端子と同電位となる部位を、端子CMと記載する。セル100は、端子CPが当該セル100よりも端子TCP側のセル100に接続され、端子CMが当該セル100よりも端子TCM側のセル100に接続される。これにより、複数のセル100は、直列に接続される。なお、電力変換装置10は、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bのオンオフのタイミングを変えることにより、電力変換を行う。
Here, a portion having the same potential as a connection point between the switching
第1の給電回路103は、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bに駆動電力を供給する。また、第1の給電回路103は、コンデンサ105から供給された電力を、スイッチング素子駆動部106と、セル制御部101とに供給する。
The first
電圧検出部104は、コンデンサ105の端子間電圧を検出する。電圧検出部104は、検出した値をセル制御部101に出力する。
The
第2の給電回路108は、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、放電回路駆動部109を駆動させる電力を供給する。第2の給電回路108は、セル制御部101から放電回路動作指令RSを取得すると、放電回路駆動部109に対して電力の供給を開始する。
The second
放電回路102は、コンデンサ105を放電させる。放電回路102は、放電抵抗R1と、放電スイッチSW1とを備える。放電抵抗R1及び放電スイッチSW1は、コンデンサ105の正極と負極との間に、互いに直列に接続される。なお、放電スイッチSW1は、放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSが供給される前は、遮断状態に維持される。
The
放電回路駆動部109は、放電回路102が備える放電スイッチSW1の導通状態と遮断状態とを切り替える信号であるスイッチ制御信号SSを、放電スイッチSW1に対して出力する。このスイッチ制御信号SSは、ラッチ信号である。つまり、放電回路駆動部109は、第2の給電回路108から電圧Vsが供給される間、スイッチ制御信号SSを放電スイッチSW1に対して出力し続ける。電圧Vsとは、放電回路駆動部109が動作可能な入力電圧であって、放電回路駆動部109が放電回路102を駆動することが可能な入力電圧である。
The discharge
[放電回路102の回路構成]
ここで、図3を参照して、第1の実施形態に係る第2の給電回路108及び放電回路102の回路構成について説明する。図3は、第2の給電回路108及び放電回路102の回路構成を示す図である。[Circuit Configuration of Discharge Circuit 102]
Here, with reference to FIG. 3, the circuit configuration of the second
以下の説明では、コンデンサ105に蓄えられた電圧を、電圧Vcと記載する場合がある。
In the following description, the voltage stored in the
本実施形態の放電スイッチSW1は、例えば、電磁スイッチである。放電スイッチSW1が導通状態になると、放電抵抗R1によってコンデンサ105に蓄えられた電力が消費される。つまり、放電回路102は、放電スイッチSW1を導通状態にすることにより、コンデンサ105を放電させる。
The discharge switch SW1 of the present embodiment is, for example, an electromagnetic switch. When the discharge switch SW1 becomes conductive, the power stored in the
第2の給電回路108は、放電回路駆動部109を駆動させる電圧Vsを生成する。電圧Vsは、第1の給電回路103が動作するのに必要な入力電圧の下限値よりも低い電圧である。具体的には、第2の給電回路108は、給電スイッチSW2と、抵抗R2及び抵抗R3と、電流制限抵抗R4と、ツェナーダイオードD1とを備える。抵抗R2の抵抗値は、例えば、抵抗R3の抵抗値よりも大きい。なお、抵抗R2の抵抗値と、抵抗R3の抵抗値との関係は、これに限られない。抵抗R2及び抵抗R3の抵抗値は、電圧Vcの電圧を放電回路駆動部109に入力することが可能な電圧(例えば、5V程度)に降圧することができれば、いずれの抵抗値であってもよい。
The second
給電スイッチSW2、抵抗R2及び抵抗R3は、コンデンサ105の正極と負極との間に、直列に接続される。第2の給電回路108は、この抵抗R2及び抵抗R3によって、コンデンサ105から供給される電圧Vcを分圧して、電圧Vsを生成する。電圧Vsは、例えば、5ボルトの電圧である。
The power supply switch SW2, the resistor R2, and the resistor R3 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the
第2の給電回路108は、生成した電圧Vsを、放電回路駆動部109に供給する。放電回路駆動部109は、第2の給電回路108から供給される電圧Vsによって動作する。電流制限抵抗R4は、第2の給電回路108から放電回路駆動部109に供給される電流を制限する。
The second
給電スイッチSW2は、セル制御部101から供給される放電回路動作指令RSによって、遮断状態と導通状態とが切り替わる。給電スイッチSW2は、放電回路動作指令RSが供給されるまでは、遮断状態に維持される。第2の給電回路108は、給電スイッチSW2が遮断状態の場合には、放電回路駆動部109の動作電圧である電圧Vsを生成しない。第2の給電回路108は、給電スイッチSW2が導通状態の場合、放電回路駆動部109の動作電圧である電圧Vsを生成する。ツェナーダイオードD1は、電圧Vsのクランプ用ダイオードである。
The power supply switch SW2 is switched between a cut-off state and a conduction state in accordance with a discharge circuit operation command RS supplied from the
[コンデンサ105の放電のタイミングについて]
ここで、図4を参照して、コンデンサ105の放電のタイミングについて説明する。図4は、コンデンサ105の電圧Vcの変化と、放電回路102が動作するタイミングを示す図である。[Discharge timing of capacitor 105]
Here, the discharge timing of the
時刻t0から、時刻t1までの間は、セル100が運転状態である。このため、セル100が備えるコンデンサ105の電圧Vcは、コンデンサの定格電圧である。
From time t0 to time t1, the
時刻t1に、系統事故などの異常(例えば、事故)が発生したものとする。電力変換装置10の中央制御部11には、例えば、系統の状態を監視する監視装置によって事故の発生を示す情報が入力される。なお、監視装置によって事故の発生を示す情報が入力される構成に代えて、電力変換装置10を操作するユーザが、この事故を検知すると、中央制御部11に対して事故の発生を示す情報を入力する構成であってもよい。また、ユーザが、メンテナンスに伴って、中央制御部11に対して変換器停止指令ESを入力する構成であってもよい。
It is assumed that an abnormality (for example, an accident) such as a system fault has occurred at time t1. For example, information indicating the occurrence of an accident is input to the
中央制御部11は、変換器停止指令ESが入力されたことに応じて時刻t2に、電力変換装置10が備える複数のセル100に変換器停止指令ESを出力する。
The
変換器停止指令ESを取得したセル制御部101は、時刻t3に、電力変換動作を停止する。なお、事故などの異常により供給先の電力系統が電力を消費できなくなり、直流系統から供給される電力が、コンデンサ105に蓄えられる場合がある。このため、図4の例では、時刻t1から時刻t3までの間のコンデンサ105の電圧Vcは、定格電圧よりも高い電圧に変化している。
The
セル100が備えるセル制御部101、第1の給電回路103、及びスイッチング素子駆動部106が動作することで、時刻t3から時刻t4までの間は、コンデンサ105に蓄えられた電荷を消費する。コンデンサ105の電圧Vcは、時刻t4には、閾値電圧Vthまで電力が消費されている。
The
セル制御部101は、電圧検出部104によって検出されたコンデンサ105の電圧Vcが、閾値電圧Vthよりも低い電圧になると、第2の給電回路108に放電回路動作指令RSを出力する。第2の給電回路108は、セル制御部101から放電回路動作指令RSを取得すると、放電回路駆動部109に電圧Vsを供給する。なお、ユーザが、事故を検知し、セル制御部101に対して第2の給電回路108に放電回路動作指令RSを出力させる操作を行ってもよい。また、ユーザが、メンテナンスに伴って、セル制御部101に対して第2の給電回路108に放電回路動作指令RSを出力させる操作を行ってもよい。
When the voltage Vc of the
第2の給電回路108から電圧Vsが供給された放電回路駆動部109は、放電スイッチSW1にスイッチ制御信号SSを出力する。放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSを取得した放電スイッチSW1は、導通状態になる。これにより、放電回路102は、コンデンサ105の電荷の放電を開始する。つまり、放電回路102は、コンデンサ105の電圧Vcが閾値電圧Vthよりも低い電圧の場合に動作する。
The discharge
時刻t4から時刻t5までの間は、セル制御部101、スイッチング素子駆動部106、放電回路102、及び第2の給電回路108が、コンデンサ105に蓄えられた電荷を消費する。このため、コンデンサ105に蓄えられた電荷は、セル制御部101、第1の給電回路103、及びスイッチング素子駆動部106のみがコンデンサ105に蓄えられた電荷を消費するよりも早く消費される。
From time t4 to time t5, the
コンデンサ105の電圧Vcは、時刻t5に、電圧Vss1まで減少する。この電圧Vss1とは、第1の給電回路103が動作することが可能な電圧であって、スイッチング素子駆動部106に駆動電力を供給することが可能な最低限の電圧を第1の給電回路103が出力することが可能な電圧である。なお、セル制御部101及びスイッチング素子駆動部106が動作することが可能な電圧は、電圧Vss1よりも低い電圧であってもよい。
The voltage Vc of the
時刻t5から時刻t6までの間は、第2の給電回路108、放電回路駆動部109、及び放電回路102は、コンデンサ105を放電させる。
From time t5 to time t6, the second
コンデンサ105の電圧Vcは、時刻t6に、電圧Vss2まで減少する。この電圧Vss2は、第2の給電回路108が動作することが可能な電圧であって、放電回路駆動部109を動作させることが可能な最低限の電圧を第2の給電回路108が出力することが可能な電圧である。放電回路102が動作する電圧は、第1の給電回路103の動作電圧の下限電圧よりも低い。電圧Vss2は、安全に作業ができる電圧(例えば、40V前後)よりも低い電圧に設定されることが望ましい。この電圧Vss2は、例えば、30ボルト程度の電圧である。
The voltage Vc of the
以上説明したように、第1の実施形態の電力変換装置10は、互いに直列に接続された複数のセル100を備え、それぞれのセル100は、コンデンサ105と、コンデンサ105の充放電を制御するためのスイッチング動作を行うスイッチング素子107a及びスイッチング素子107bと、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bを駆動させるための電力をスイッチング素子107a及びスイッチング素子107bに供給する第1の給電回路と、コンデンサ105を放電させる放電回路102と、放電回路102を駆動する放電回路駆動部109と、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、放電回路駆動部109と、放電回路102とを駆動させる電力を供給する第2の給電回路108と、を備え、第2の給電回路108が動作可能な下限電圧は、第1の給電回路103が動作可能な下限電圧よりも低い。これによって、セル100が備えるコンデンサ105に蓄えられた電荷を放電する時間を短縮することができる。
As described above, the
これにより、事故などの異常が生じたときに、より短い時間で、コンデンサ105の電圧Vcを安全な電圧まで下げることができる。つまり、電力変換装置10は、セル100が備えるコンデンサ105に蓄えられた電荷を放電する時間を短縮することができる。
Thereby, when an abnormality such as an accident occurs, the voltage Vc of the
なお、上述した説明では、セル制御部101は、中央制御部11から出力される変換器停止指令ESに基づいて、放電回路動作指令RSを第2の給電回路108に出力する場合について説明したが、これに限られない。セル制御部101は、コンデンサ105の電圧Vcの電圧低下レートが予め定めた閾値を超えて低下し、かつコンデンサ105が放電中であると判断できるときに、放電回路動作指令RSを、第2の給電回路108に出力してもよい。電圧低下レートとは、時間に対する電圧低下量の比(割合)である。これにより、電力変換装置10は、中央制御部11からの変換器停止指令ESが取得できない状態であっても、コンデンサ105に蓄えられた電荷を放電することができるため、安全性を高めることができる。
In the above description, the
また、セル制御部101は、放電回路102の放電動作を停止させる信号である放電停止信号を、第2の給電回路108に対して出力してもよい。具体的には、第2の給電回路108は、セル制御部101から取得した放電停止信号に基づいて給電スイッチSW2を遮断状態に切り替える。給電スイッチSW2が遮断状態にされた第2の給電回路108は、電圧Vsの供給を停止する。給電スイッチSW2は、電圧Vsの供給が停止されることにより遮断状態になる。これにより、放電回路102は動作を停止する。
In addition, the
これにより、電力変換装置10は、例えば、コンデンサ105の放電動作中に事故などによる異常が復旧した場合、メンテナンス等でユーザが停止操作した場合、及び事故によって電力変換装置10が停止した場合等に、セル100の運転を早期に再開することができる。
As a result, the
また、放電回路102は、第2の給電回路108が動作する電圧よりも低い電圧で動作を停止させてもよい。つまり、電力変換装置10は、コンデンサ105の電荷が全て抜けなくても、放電回路102の動作を停止してもよい。上述したように、第2の給電回路108が動作する電圧よりも低い電圧は、安全に作業ができる電圧である。このため、作業者は、コンデンサ105の電荷が全て抜けなくても安全に作業することができ、コンデンサ105の電荷が全て抜けるまで待たなくてもよい。
Further, the
また、セル100は、当該セルが備える第2の給電回路108の電力供給動作の後に、放電回路102の動作状況を示す信号を、複数のセル100を制御する中央制御部11に対して出力してもよい。
これにより、セル100は、故障などでコンデンサ105の放電が行えない場合でも、コンデンサ105の電圧Vcの値を中央制御部11に出力することができる。中央制御部11は、セル100から取得したコンデンサ105の電圧の値を、不図示の表示部に表示させる。これにより、電力変換装置10を作業する作業者は、セル100毎のコンデンサ105の電圧Vcの値を知ることができ、作業の安全性を高めることができる。In addition, after the power supply operation of the second
Thereby, the
また、セル100は、当該セルが備えるコンデンサ105の電圧Vcの時間変化を示す情報を、中央制御部11に対して出力してもよい。この場合には、セル100は、電圧検出部104が検出したコンデンサ105の電圧Vcの値を、セル制御部101を介して、中央制御部11に出力すればよい。これにより、中央制御部11は、セル100毎の電圧Vcの時間変化を示す情報を、集めることができる。
Further, the
また、中央制御部11は、セル100毎に集めたセル100毎の電圧の時間変化を示す情報に基づいて、コンデンサ105の電圧Vcが安全に作業可能な電圧まで低下するタイミングを算出する。中央制御部11は、算出したコンデンサ105の電圧Vcが安全に作業可能な電圧まで低下するタイミングや、セル100毎の電圧Vcの時間変化を、不図示の表示部に表示させる。これにより、電力変換装置10は、作業者がコンデンサ105の放電状況を知ることができる。
Further, the
(第2の実施形態)
次に、図5を参照して、第2の実施形態に係る放電回路102aについて説明する。なお、第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図5は、放電回路102bの回路構成を示す図である。(Second Embodiment)
Next, a
放電回路102aは、図5に示すように、放電スイッチSW1にサイリスタTH1を用いることが第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる。
As shown in FIG. 5, the
サイリスタTH1は、セル制御部101から第2の給電回路108に放電回路動作指令RSが入力される前は、遮断状態に維持される。サイリスタTH1のゲートには、放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSが入力される。サイリスタTH1は、一旦ゲートにスイッチ制御信号SSが入力されることにより、以降は、サイリスタTH1に電流が流れなくなるか、サイリスタTH1に逆電圧が印加されるまでの間、導通状態になる。
The thyristor TH1 is maintained in the cutoff state before the discharge circuit operation command RS is input from the
(第3の実施形態)
次に、図6を参照して、第3の実施形態に係る第2の給電回路108cについて説明する。なお、第1の実施形態、第2の実施形態、及び第2の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図6は、第2の給電回路108c及び放電回路駆動部109cの回路構成を示す図である。(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 6, the 2nd electric
第2の給電回路108cは、自己保持スイッチSW3と、ツェナーダイオードD2とをさらに備える。自己保持スイッチSW3は、セル制御部101から第2の給電回路108cに対して放電回路動作指令RSが供給される前は、遮断状態に維持される。放電回路駆動部109cには、ツェナーダイオードD2のクランプ電圧及び抵抗R3の両端の電圧の和(つまり、電圧Vs)と、電流制限抵抗R4の抵抗値とによって定まる一定の電流が流れる。
The second
放電回路駆動部109cは、例えば、リレーコイルである。リレーコイルに一定の電流が流されると、放電スイッチSW1と、自己保持スイッチSW3とが、それぞれ導通状態になる。自己保持スイッチSW3は、導通状態になることにより、第2の給電回路108cに電圧Vcが供給される状態を維持する。
The discharge
(第4の実施形態)
次に、図7を参照して、第4の実施形態に係るセル100dについて説明する。なお、第1の実施形態、第2の実施形態、第2の実施形態、及び第3の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図7は、第2の給電回路108dの回路構成を示す図である。(Fourth embodiment)
Next, a cell 100d according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the same part as 1st Embodiment, 2nd Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration of the second
第2の給電回路108dは、上述した第2の給電回路108の構成に加えて、信号処理部110と、論理和回路ORと、を更に備える。論理和回路ORは、2つの入力端子(以下、第1入力端子及び第2入力端子)と、1つの出力端子とを備える。論理和回路ORの第1入力端子は、セル制御部101に接続される。論理和回路ORの第2入力端子は、信号処理部110に接続される。論理和回路ORの出力端子は、給電スイッチSW2の開閉を制御する制御部(不図示)に接続される。
The second
上述したように、セル制御部101には、電圧検出部104によって検出されたコンデンサ105の電圧Vcの値が入力される。この場合、セル制御部101は、論理和回路ORの第1入力端子に対して放電回路動作指令RSを出力する。セル制御部101は、例えば、コンデンサ105の電圧Vcの電圧低下レートが予め定めた閾値を超えて低下し、かつコンデンサ105が放電中であると判断できるときに、放電回路動作指令RSを論理和回路ORに出力する。放電回路動作指令RSとは、例えば、ハイレベルの信号である。
As described above, the value of the voltage Vc of the
信号処理部110は、放電回路駆動部109の入力端子と接続される。放電回路駆動部109の入力端子とは、電流制限抵抗R4と、ツェナーダイオードD1のカソードと、放電回路駆動部109との接続点である。放電回路動作指令RSにより給電スイッチSW2が導通状態にされる場合、ツェナーダイオードD1により電圧Vsがある一定値に保持される。信号処理部110は、放電回路駆動部109の入力端子にある一定値の電圧Vsが印加されることによって、論理和回路ORに処理信号SPSを供給する。信号処理部110とは、例えば、電圧Vsをデジタル信号に変換するA/D変換器である。処理信号SPSとは、例えば、ハイレベルの信号である。
The
論理和回路ORは、セル制御部101から取得した放電回路動作指令RSと、信号処理部110から取得した処理信号SPSとの論理和を算出する。論理和回路ORは、算出した論理和を、給電スイッチSW2に供給する。給電スイッチSW2は、論理和回路ORから供給された論理和の値に基づいて、導通状態と遮断状態とが切り替わる。給電スイッチSW2は、例えば、論理和回路ORから供給された算出結果が正を示す場合(つまり、放電回路動作指令RSと、処理信号SPSとのうち、少なくともいずれか一方が供給される場合)には、導通状態になる。給電スイッチSW2は、例えば、論理和回路ORから供給された算出結果が負を示す場合(つまり、放電回路動作指令RS及び処理信号SPSの両方が供給されない場合)には、遮断状態になる。
The OR circuit OR calculates the logical sum of the discharge circuit operation command RS acquired from the
上述した構成により、セル制御部101が放電回路動作指令RSを出力し、給電スイッチSW2が導通状態にされると、ツェナーダイオードD1がオン状態となり、電圧Vsがある一定の電圧に保持される。したがって、信号処理部110は、論理和回路ORの第2入力端子に処理信号SPSを供給する。これにより、給電スイッチSW2は、セル制御部101が放電回路動作指令RSを出力し続けない場合であっても、電圧Vsが一定に保てないほど電圧Vcが低下するまでの間は、信号処理部110から供給される処理信号SPSによって導通状態を保持することができる。したがって、セル100dは、セル制御部101により、コンデンサ105の電圧Vcの増加又は減少の変化を、給電スイッチSW2の切り替えに用いることができる。
With the configuration described above, when the
また、セル制御部101は、電圧検出部104によって検出されたコンデンサ105の電圧Vcが、第2の給電回路108dが動作する電圧よりも低い場合に、放電回路102の動作を停止させてもよい。具体的には、セル制御部101は、第2の給電回路108dの電圧Vsが、放電回路駆動部109の回路動作電圧の下限電圧である電圧Vss2よりも低い場合に、負の信号を、論理和回路ORに供給する。負の信号が供給された論理和回路ORは、給電スイッチSW2を遮断状態に切り替える。これにより、第2の給電回路108dは、放電回路駆動部109に対して電力の供給を停止する。電力の供給が停止された放電回路駆動部109は、スイッチ制御信号SSの供給を停止する。放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSの供給が停止された放電スイッチSW1は、遮断状態になる。放電スイッチSW1は、遮断状態になることにより、放電回路102の動作は停止する。
Further, the
なお、上述した第2の給電回路108dの構成において、放電回路102が備える放電スイッチSW1には、半導体スイッチQ1が用いられていてもよい。図8は、放電回路102の回路構成の他の例を示す図である。
In the configuration of the second
図8に示す放電回路102bは、放電スイッチSW1に半導体スイッチQ1が用いられる。半導体スイッチQ1は、例えば、GTO(Gate Turn-Off Thyristor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)などの自己消弧型のスイッチング素子である。この半導体スイッチQ1は、耐圧が大きい。
In the
半導体スイッチQ1は、放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSが出力される前は、遮断状態に維持される。半導体スイッチQ1のゲートに放電回路駆動部109からスイッチ制御信号SSが出力されると、半導体スイッチQ1は、導通状態になる。
The semiconductor switch Q1 is maintained in the cutoff state before the switch control signal SS is output from the discharge
以上説明したように、第4の実施形態の電力変換装置10は、放電回路102は、セル制御部101が検出したコンデンサ105の電圧Vcが、第2の給電回路108が動作する電圧よりも低い場合に動作を停止する。これによって、コンデンサ105の電圧Vcが、第1の給電回路103が動作する下限電圧よりも低い電圧であっても、セル制御部101は、放電回路102の動作を停止させることができる。コンデンサ105の放電動作中に事故などによる異常が復旧した場合などに、セル100の運転を早期に再開することができる。
As described above, in the
なお、上述した第1の実施形態、第2の実施形態、第3の実施形態、及び第4の実施形態のセルは、ハーフブリッジ型のチョッパセルの構成について説明したが、フルブリッジ型のチョッパセルの構成であってもよい。 In addition, although the cell of 1st Embodiment, 2nd Embodiment, 3rd Embodiment, and 4th Embodiment mentioned above demonstrated the structure of the half-bridge type chopper cell, It may be a configuration.
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、電力変換装置は、互いに直列に接続された複数のセル100を備え、それぞれのセル100は、コンデンサ105と、コンデンサ105の充放電を制御するためのスイッチング動作を行うスイッチング素子107a及びスイッチング素子107bと、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、スイッチング素子107a及びスイッチング素子107bを駆動させるための電力をスイッチング素子107a及びスイッチング素子107bに供給する第1の給電回路103と、コンデンサ105を放電させる放電回路102と、放電回路102を駆動する放電回路駆動部109と、コンデンサ105に蓄えられた電力を用いて、放電回路駆動部109と、放電回路102とを駆動させる電力を供給する第2の給電回路108と、を備え、第2の給電回路108が動作可能な下限電圧は、第1の給電回路103が動作可能な下限電圧よりも低いことにより、セルが備えるコンデンサに蓄えられた電荷を放電する時間を短縮することができる。また、電力変換装置は、セルが備えるコンデンサに蓄えられた電荷を十分に放電させ、メンテナンスや事故後の点検等を行う作業者の安全を確保することができる。
According to at least one embodiment described above, the power conversion apparatus includes a plurality of
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…電力変換装置、11…中央制御部、12…正側アーム、13…負側アーム、100,100d…セル、101…セル制御部、102,102a,102b…放電回路、103…第1の給電回路、104…電圧検出部、105…コンデンサ、106…スイッチング素子駆動部、107a,107b…スイッチング素子、108…第2の給電回路、109…放電回路駆動部、ES…変換器停止指令、RS…放電回路動作指令、SS…スイッチ制御信号、SW1…放電スイッチ、SW2…給電スイッチ、SPS…処理信号、SW3…自己保持スイッチ、トランス…TR
DESCRIPTION OF
Claims (11)
コンデンサと、
前記コンデンサの充放電を制御するためのスイッチング動作を行う半導体スイッチと、
前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記半導体スイッチを駆動させるための電力を前記半導体スイッチに供給する第1の給電回路と、
前記コンデンサを放電させる放電回路と、
前記放電回路を駆動する放電回路駆動部と、
前記コンデンサに蓄えられた電力を用いて、前記放電回路駆動部を駆動させる電力を供給する第2の給電回路と、
前記第2の給電回路に放電回路動作指令を出力し動作させるセル制御部と、
を備え、
前記第2の給電回路は、前記セル制御部から前記放電回路動作指令を取得すると、前記放電回路駆動部に対して電力の供給を開始し、
前記放電回路駆動部は、前記第2の給電回路から電圧が供給される間、放電回路の導通状態をラッチする信号を出力し、
前記第2の給電回路が動作可能な下限電圧は、前記第1の給電回路が動作可能な下限電圧よりも低い、
電力変換装置。 Comprising a plurality of cells connected in series with each other,
A capacitor,
A semiconductor switch that performs a switching operation for controlling charging and discharging of the capacitor;
A first power supply circuit that supplies power for driving the semiconductor switch to the semiconductor switch using the power stored in the capacitor;
A discharge circuit for discharging the capacitor;
A discharge circuit driver for driving the discharge circuit;
A second power supply circuit that supplies power for driving the discharge circuit drive unit using the power stored in the capacitor;
A cell controller that outputs and operates a discharge circuit operation command to the second power supply circuit;
With
When the second power feeding circuit acquires the discharge circuit operation command from the cell control unit, the second power feeding circuit starts supplying power to the discharge circuit driving unit ,
The discharge circuit driving unit outputs a signal for latching a conduction state of the discharge circuit while the voltage is supplied from the second power feeding circuit .
The lower limit voltage at which the second feeding circuit can operate is lower than the lower limit voltage at which the first feeding circuit can operate,
Power conversion device.
請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1. The above-mentioned cell outputs the information which shows the time change of the voltage of the above-mentioned capacitor with which the cell is provided with respect to the central control part which controls a plurality of the above-mentioned cells.
前記コンデンサの電圧が、前記半導体スイッチが動作可能な電圧よりも低い電圧であっても、前記第2の給電回路によって供給される電力によって動作する、
請求項1に記載の電力変換装置。 The discharge circuit is:
Even if the voltage of the capacitor is lower than the voltage at which the semiconductor switch can operate, it operates with the power supplied by the second power feeding circuit.
The power conversion device according to claim 1.
前記コンデンサの電圧が、所定の電圧よりも低い電圧である場合、前記第2の給電回路によって供給される電力によって動作する、
請求項2に記載の電力変換装置。 The discharge circuit is:
When the voltage of the capacitor is lower than a predetermined voltage, the capacitor is operated by the power supplied by the second power feeding circuit.
The power conversion device according to claim 2.
時間に対する前記コンデンサの電圧が低下した量の割合が、所定の割合を超える場合、前記第2の給電回路によって供給される電力によって動作する、
請求項2に記載の電力変換装置。 The discharge circuit is:
When the ratio of the amount of decrease in the voltage of the capacitor with respect to time exceeds a predetermined ratio, the capacitor is operated by the power supplied by the second power feeding circuit.
The power conversion device according to claim 2.
ユーザによって前記放電回路を動作させる操作が行われた場合、動作する、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 The discharge circuit is:
Operates when the user performs an operation to operate the discharge circuit,
The power converter device of Claim 1 or Claim 2.
請求項2に記載の電力変換装置。 The cell outputs a signal indicating an operation state of the discharge circuit to the central control unit after the power supply operation of the second power supply circuit included in the cell,
The power conversion device according to claim 2.
前記放電回路は、前記制御部から供給される放電停止信号に基づいて、動作を停止する、
請求項1に記載の電力変換装置。 A controller for supplying a discharge stop signal, which is a signal for stopping the discharge circuit, to the discharge circuit;
The discharge circuit stops operation based on a discharge stop signal supplied from the control unit,
The power conversion device according to claim 1.
請求項1に記載の電力変換装置。 The discharge circuit stops operating when a voltage of the capacitor is lower than a voltage at which the second power feeding circuit operates;
The power conversion device according to claim 1.
請求項1に記載の電力変換装置。 The discharge circuit includes a switch and a resistor connected in series with the switch.
The power conversion device according to claim 1.
か一方である、
請求項10に記載の電力変換装置。 The switch is one of a semiconductor switch and a mechanical switch.
The power conversion device according to claim 10.
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